本文選題：高鐵鋅精礦　切入點：鋅浸出渣　出處：《昆明理工大學》2017年博士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：鐵閃鋅礦在我國分布廣泛,是非常重要的含鋅資源。然而,從含鐵閃鋅礦礦床中選礦得到的高鐵鋅精礦因雜質鐵含量較高而得不到有效的利用,造成大量鋅資源的閑置。每年,我國鋅冶煉企業(yè)產出的鋅浸出渣總量達數百萬噸。但是,我國鋅冶煉企業(yè)現行的鋅浸出渣處理方法在有價金屬的清潔、高效回收方面存在缺陷,工藝技術指標較差。因此,開發(fā)高鐵鋅精礦與鋅浸出渣高效、清潔利用的新方法對擴大可供礦源,提高我國鋅冶煉企業(yè)的生產水平,促進鋅冶煉工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展有重要意義。針對高鐵鋅精礦與鋅浸出渣這兩類難處理的含鋅物料,本課題組開發(fā)了"鋅浸出渣-高鐵鋅精礦協同浸出—置換沉銅—萃取分離銦—赤鐵礦沉鐵"的工藝路線,實現了高鐵鋅精礦和鋅浸出渣中有價金屬鋅、銦、銅的高效回收與雜質鐵的資源化利用。在該工藝路線中,"鋅浸出渣-高鐵鋅精礦協同浸出"環(huán)節(jié)是整個工藝路線的難點和關鍵點。本論文從酸性溶液中鋅浸出渣和高鐵鋅精礦的物理化學特性及溶解行為入手,利用Fe3+/Fe2+與S0/S2-之間的氧化還原反應,抓住有價金屬綜合回收這個關鍵核心,對"鋅浸出渣-高鐵鋅精礦協同浸出"這一新技術進行了詳實的研究,具體開展的主要研究工作及研究成果如下:(1)采用多元素成分、化學物相、XRD、SEM-EDS等現代分析手段對本研究中使用的高鐵鋅精礦和鋅浸出渣進行礦物學研究。高鐵鋅精礦中主金屬鋅含量較低,雜質鐵含量較高,伴生有豐富的稀散金屬銦。高鐵鋅精礦中鋅主要以閃鋅礦和鐵閃鋅礦形態(tài)存在,二者占總鋅量的95%以上。鋅浸出渣中雜質鐵和金屬銦含量較高,渣中鋅元素主要以鐵酸鋅和硅酸鋅形態(tài)存在,分別占總鋅量的69%和15%。(2)從熱力學角度研究了鋅浸出渣、高鐵鋅精礦的溶解熱力學趨勢,為"鋅浸出渣-高鐵鋅精礦協同浸出"工藝提供了理論依據。在硫酸溶液中,鐵酸鋅的溶解反應熱力學趨勢隨體系中pH值和氧化還原電位的降低而變大;溶液中的Fe3+離子不僅會提高體系的氧化還原電位,而且會降低溶液中H+離子的活度系數,對鐵酸鋅的溶解有抑制作用。在硫酸-硫酸鐵溶液中,閃鋅礦既能與溶液中Fe3+離子直接發(fā)生氧化還原反應,又能與溶液中H+離子發(fā)生酸溶反應,且其反應熱力學趨勢隨體系中pH值的降低、氧化還原電位的升高及閃鋅礦晶格中雜質鐵含量的升高而變大。在"鋅浸出渣-高鐵鋅精礦協同浸出"體系中,鋅浸出渣溶解釋放的Fe3+離子為高鐵鋅精礦的溶解反應提供了氧化劑;高鐵鋅精礦對溶液中Fe3+離子的還原轉化促進了鋅浸出渣溶解反應的進一步進行。通過構建"鋅浸出渣-高鐵鋅精礦協同浸出"體系,利用渣、礦之間的相互作用關系,能夠同步實現了鋅浸出渣、高鐵鋅精礦的溶解與溶液中Fe3+離子的還原。(3)以鐵酸鋅和閃鋅礦單一礦物為研究對象,研究了協同浸出體系中鐵酸鋅與閃鋅礦的溶解行為。研究結果表明:鐵酸鋅的溶解速率隨反應溫度、浸出劑濃度和混合物料中閃鋅礦比例的升高及礦物顆粒粒度的降低而加快;閃鋅礦的溶解速率隨反應溫度、浸出劑濃度和混合物料中鐵酸鋅比例的升高及礦物顆粒粒度的降低而加快。在鐵酸鋅-閃鋅礦協同浸出體系中,鐵酸鋅溶解的表觀速率常數與混合物料中閃鋅礦比例的數學關系式如下:kr×10-2 =1.45×10-2×η+1.35×10-2在協同浸出體系中,混合物料中鋅的浸出過程遵循"收縮核模型";在浸出反應前期,混合物料中鋅的浸出速率受界面化學反應控制,其表觀活化能為51.44kJ/mol,硫酸的表觀反應級數為0.52;在浸出反應后期,混合物料中鋅的浸出速率受產物層擴散控制。(4)研究了"鋅浸出渣-高鐵鋅精礦協同浸出"體系中各實驗因素對鋅、鐵浸出速率的影響。研究結果表明:在協同浸出體系中,混合物料中鋅、鐵的浸出動力學過程遵循"收縮核模型",在浸出反應前期,鋅、鐵浸出速率受界面化學反應控制,其表觀活化能分別為55.11kJ/mol和43.42kJ/mol,硫酸的反應級數分別為1.14和1.12;在浸出反應后期,浸出渣中單質硫含量逐漸增多,并在礦物顆粒表面形成致密包裹,鋅、鐵浸出速率受產物層擴散控制。(5)對"鋅浸出渣-高鐵鋅精礦協同浸出"進行了調控技術研究。研究結果表明:與熱酸浸出相比,采用協同浸出工藝不僅能夠顯著提高原料中鋅、鐵、銦的浸出率,而且在浸出有價金屬的同時實現了浸出液中Fe3+離子的還原。協同浸出渣的工藝礦物學研究表明:在協同浸出過程中,混合物料中的鋅浸出渣基本完全溶解,而高鐵鋅精礦中仍然有少量硫化物未溶解而殘留在浸出渣中,高鐵鋅精礦的溶解是制約協同浸出體系中有價金屬浸出率高低的主要因素。在優(yōu)化工藝條件下,通過兩級逆流協同浸出,鋅浸出渣-高鐵鋅精礦混合物料中鋅、銦、鐵、銅的浸出率分別達96%、96%、95%、97%以上,有價金屬浸出率高;獲得的浸出液中Fe3+離子、殘余硫酸濃度低分別為3g/L左右、30g/L左右,為后續(xù)工藝從溶液中高效、短流程回收銦、銅等有價金屬和鋅、鐵的分離及鐵的資源化創(chuàng)造了有利條件。
[Abstract]:......
【學位授予單位】：昆明理工大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TF813

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本文編號：1645014